(57)【要約】   【課題】  発光効率の改善されたＧａＮ系発光ダイオードを提供する。  【解決手段】  発光層３に積層して形成されたｐ型ＧａＮ系半導体層５と、その表面に形成されたｐ型オーミック電極Ｐ２と、ｐ型オーミック電極Ｐ２に電気的に接続されたｐ側パッド電極Ｐ３と、を備えたＧａＮ系発光ダイオードであって、ｐ型オーミック電極Ｐ２は、発光層３で生じる光が通過し得る窓部を有するパターンに形成された部分と、開口部が設けられた部分と、からなり、ｐ側パッド電極Ｐ３は、開口部の内側でｐ型ＧａＮ系半導体層５と接するとともに、その外周部がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なるように形成され、それによって、ｐ側パッド電極Ｐ３とｐ型オーミック電極Ｐ２とが重なった領域が、ｐ側パッド電極Ｐ３の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域となっている。ｐ側パッド電極Ｐ３からｐ型ＧａＮ系半導体層５には直接電流が流れないようにされている。  【選択図】  図１
2006237574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系半導体からなる発光層に積層して形成されたｐ型ＧａＮ系半導体層と、該ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面に形成されたｐ型オーミック電極と、該ｐ型オーミック電極に電気的に接続されたｐ側パッド電極と、を備えたＧａＮ系発光ダイオードであって、
前記ｐ型オーミック電極は、前記発光層で生じる光が通過し得る窓部を有するパターンに形成された部分と、開口部が設けられた部分と、からなり、
前記ｐ側パッド電極は、前記開口部の内側で前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と接するとともに、その外周部が前記ｐ型オーミック電極の上に重なるように形成され、それによって、該ｐ側パッド電極と該ｐ型オーミック電極とが重なった領域が、該ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域となっており、
前記ｐ側パッド電極と前記ｐ型ＧａＮ系半導体層との接触が非オーミック性とされるか、または、前記ｐ側パッド電極が接する前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面が高抵抗化されることにより、前記ｐ側パッド電極から前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に直接電流が流れないようにされている、ＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項２】
前記ｐ側パッド電極は、少なくとも、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分が、ｐ型ＧａＮ系半導体とショットキー接触する金属材料で形成されている、請求項１に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項３】
前記ｐ型オーミック電極にＡｕ層が含まれており、前記ｐ側パッド電極の、ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分には、Ａｌで形成された部分が、該ｐ型オーミック電極に接しないように設けられている、請求項２に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項４】
前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面の、前記ｐ側パッド電極が接する部分に、プラズマ処理が施され、それによって、該ｐ側パッド電極から該ｐ型ＧａＮ系半導体層に直接電流が流れないようにされている、請求項１に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項５】
前記ｐ側パッド電極は、少なくとも、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分が、白金族元素で形成されている、請求項４に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項６】
前記ｐ型オーミック電極の膜厚が３０ｎｍ以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｐ型オーミック電極の膜厚が３０ｎｍ以上であり、前記ｐ側パッド電極の面積に対する前記帯状かつ環状の領域の面積の比率が、前記パターンにおける、電極部分の面積比よりも大きい、請求項１に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項８】
前記ｐ型オーミック電極が、Ａｇ層、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａｌ層から選ばれるひとつ以上の層を含む、請求項７に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【請求項９】
前記帯状かつ環状の領域の幅が、１μｍ〜２５μｍである、請求項１〜８のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系発光ダイオードに関する。更に詳しくは、ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面に形成されるｐ型オーミック電極が、窓部を有するパターンに形成され、該窓部を通して光を取り出すことができるように構成されたＧａＮ系発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系発光ダイオード（以下「ＧａＮ系ＬＥＤ」ともいう。）は、ＧａＮ系半導体からなる発光層を挟んでｐ型およびｎ型のＧａＮ系半導体が接合されてなる、ｐｎ接合ダイオード構造を有する半導体発光素子であり、発光層を構成するＧａＮ系半導体の組成を選択することによって、赤色〜紫外に至る光を発光させることが可能である。
【０００３】
ＧａＮ系半導体は、化学式ＡｌａＩｎｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ａ＋ｂ≦１）で決定される３族窒化物からなる化合物半導体であって、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなど、任意の組成のものが例示される。また、上記化学式において、３族元素の一部をＢ（ホウ素）、Ｔｌ（タリウム）などで置換したもの、また、Ｎ（窒素）の一部をＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）などで置換したものも、ＧａＮ系半導体に含まれる。
【０００４】
ＧａＮ系ＬＥＤは、有機金属化合物気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて、サファイア等からなる結晶基板上に、ｎ型ＧａＮ系半導体層、発光層、ｐ型ＧａＮ系半導体層を、順に積層し、その後、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層のそれぞれにオーミック電極を形成することによって製造することができる。
なお、本明細書では、素子構造を説明するうえで、基板や半導体層の厚さ方向を上下方向とも呼ぶことにし、更に、結晶基板が下側に位置し、その上にＧａＮ系半導体層が積み重ねられるものとして、上方向と下方向とを区別する。また、上下方向と直交する方向を、横方向とも呼ぶ。また、ｐ型ＧａＮ系半導体層を単にｐ型層とも呼び、ｎ型ＧａＮ系半導体層を単にｎ型層とも呼ぶ。
【０００５】
図１２は、このようにして製造されるＧａＮ系ＬＥＤの一例を示す断面図であり、サファイア基板４１の上に、ｎ型層４２、発光層４３、ｐ型層（ｐ型クラッド層４４、ｐ型コンタクト層４５）が、順次、気相成長により積層され、部分的に露出されたｎ型層４２の表面にｎ型オーミック電極Ｐ４１が、ｐ型層４５の表面にｐ型オーミック電極Ｐ４２が、それぞれ形成されている。Ｐ４３はｐ側パッド電極で、ｐ型オーミック電極Ｐ４２と電気的に接続されるよう、該ｐ型オーミック電極Ｐ４２の上に積層されている。
ｐ型層の表面に形成されるｐ型オーミック電極は、該表面をできるだけ広く覆うように形成される。これは、ｐ型ＧａＮ系半導体の導電性が低いために、ｐ型オーミック電極から供給される電流がｐ型層内部で横方向には殆ど拡がらず、発光層での発光が、ｐ型オーミック電極の下方でしか生じないからである。
そのために、ｐ型層の表面側から光を取り出すには、ｐ型オーミック電極を、透明な物質で形成するか、あるいは、光が通過し得る窓部を有するパターンに形成する必要がある。このうち、ｐ型オーミック電極を窓部を有するパターンに形成する方法では、電極膜を透明に形成する必要がないので、その膜厚を適度に厚くすることにより、電極のシート抵抗を低くすることができる。ｐ型オーミック電極のシート抵抗が低いと、電流の横方向の拡散性が良好となるので、発光層における発光強度の面内均一性が向上する。
【０００６】
ｐ型層の表面側から光を取り出す場合、ｐ型オーミック電極に対してＡｕワイヤで給電するために、ワイヤボンディング用のｐ側パッド電極が、ｐ型オーミック電極に接するように形成される。
図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、窓部を有するパターンに形成されたｐ型オーミック電極を備えた、従来のＧａＮ系ＬＥＤの上面図である。図８（ａ）のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極Ｐ２３が、ｐ型オーミック電極Ｐ２２の窓部のない部分の上に形成されている（特許文献１）。図８（ｂ）のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ型オーミック電極Ｐ３２がｐ型層３５の表面全域にわたって窓部を有するパターン（格子状パターン）に形成され、ｐ側パッド電極Ｐ３３が該パターンの一部を覆って形成されている（特許文献２、特許文献３）。図８（ａ）の態様では、ｐ側パッド電極Ｐ２３の全体がｐ型オーミック電極Ｐ２２の上に形成されており、ｐ側パッド電極Ｐ２３の下方での発光は全く抑制されていない。しかし、この発光は、ｐ側パッド電極Ｐ２３が障害となって、素子上方に出射され難いので、これを全く抑制しない場合、ＬＥＤの発光効率が低下する。特に、ｐ側パッド電極Ｐ２３の中央部分の下方での発光は、殆どが損失となる。
また、図８（ｂ）の態様でも、ｐ側パッド電極Ｐ３３をＡｕ（金）やＮｉ（ニッケル）で形成すると、ｐ側パッド電極Ｐ３３とｐ型層３５との接触がオーミック接触となり、ｐ側パッド電極Ｐ３３の全体の下方で発光が生じるので、図８（ａ）の態様における問題と同様の問題が起こる。一方、ｐ側パッド電極Ｐ３３の最下層部をＴｉ（チタン）で形成すると、ｐ側パッド電極Ｐ３３とｐ型層３５との接触がショットキー接触となり、ｐ側パッド電極Ｐ３３がｐ型層３５に接する領域の下方では発光が生じない。しかし、ｐ側パッド電極Ｐ３３の下にも、他の領域と同様にｐ型オーミック電極Ｐ３２が一様に格子状に形成されており、ｐ側パッド電極Ｐ３３の下方での発光を特に抑制していないので、上記問題は改善されない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１８４４１号公報
【特許文献２】特開２０００−１７４３３９号公報
【特許文献３】特開２００３−４６１２７号公報
【特許文献４】特開平１０−３０３５０２号公報
【特許文献５】特開２００４−１７２１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、発光効率の改善されたＧａＮ系ＬＥＤを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の特徴を有する。
（１）ＧａＮ系半導体からなる発光層に積層して形成されたｐ型ＧａＮ系半導体層と、該ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面に形成されたｐ型オーミック電極と、該ｐ型オーミック電極に電気的に接続されたｐ側パッド電極と、を備えたＧａＮ系発光ダイオードであって、前記ｐ型オーミック電極は、前記発光層で生じる光が通過し得る窓部を有するパターンに形成された部分と、開口部が設けられた部分と、からなり、前記ｐ側パッド電極は、前記開口部の内側で前記ｐ型ＧａＮ系半導体層と接するとともに、その外周部が前記ｐ型オーミック電極の上に重なるように形成され、それによって、該ｐ側パッド電極と該ｐ型オーミック電極とが重なった領域が、該ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域となっており、前記ｐ側パッド電極と前記ｐ型ＧａＮ系半導体層との接触が非オーミック性とされるか、または、前記ｐ側パッド電極が接する前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面が高抵抗化されることにより、前記ｐ側パッド電極から前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に直接電流が流れないようにされている、ＧａＮ系発光ダイオード。
（２）前記ｐ側パッド電極は、少なくとも、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分が、ｐ型ＧａＮ系半導体とショットキー接触する金属材料で形成されている、前記（１）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（３）前記ｐ型オーミック電極にＡｕ層が含まれており、前記ｐ側パッド電極の、ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分には、Ａｌで形成された部分が、該ｐ型オーミック電極に接しないように設けられている、前記（２）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（４）前記ｐ型ＧａＮ系半導体層の表面の、前記ｐ側パッド電極が接する部分に、プラズマ処理が施され、それによって、該ｐ側パッド電極から該ｐ型ＧａＮ系半導体層に直接電流が流れないようにされている、前記（１）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（５）前記ｐ側パッド電極は、少なくとも、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に接する部分が、白金族元素で形成されている、前記（４）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（６）前記ｐ型オーミック電極の膜厚が３０ｎｍ以上である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（７）前記ｐ型オーミック電極の膜厚が３０ｎｍ以上であり、前記ｐ側パッド電極の面積に対する前記帯状かつ環状の領域の面積の比率が、前記パターンにおける、電極部分の面積比よりも大きい、前記（１）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（８）前記ｐ型オーミック電極が、Ａｇ層、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａｌ層から選ばれるひとつ以上の層を含む、前記（７）に記載のＧａＮ系発光ダイオード。
（９）前記帯状かつ環状の領域の幅が、１μｍ〜２５μｍである、前記（１）〜（８）のいずれかに記載のＧａＮ系発光ダイオード。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極を、その中央部分がｐ型オーミック電極に設けられた開口部を通してｐ型ＧａＮ系半導体層と接するように、形成するとともに、ｐ側パッド電極からｐ型ＧａＮ系半導体層に直接電流が流れないようにするので、ｐ側パッド電極の中央部分の下方での発光が抑制される。従って、ｐ側パッド電極の中央部分の下方での発光が全く抑制されていなかった、前記従来技術に係るＧａＮ系ＬＥＤと比べて、発光効率が改善されたものとなる。
本発明のＧａＮ系ＬＥＤでは、また、ｐ側パッド電極を、その外周部がｐ型オーミック電極の上に重なるように形成し、それによって、ｐ側パッド電極とｐ型オーミック電極とが重なった領域を、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域とする。このようにすることによって、ＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）のバラツキが小さくなるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の実施に係るＧａＮ系ＬＥＤの構造を示す模式図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｘ−ｙ線における断面図である。
図１において、１はサファイア基板、２はＳｉ（ケイ素）がドープされた膜厚３μｍのｎ型ＧａＮクラッド層、３はＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ井戸層とＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ（０≦Ｘ２＜Ｘ１）障壁層が交互に積層されてなる量子井戸構造の発光層、４はＭｇ（マグネシウム）がドープされた膜厚３０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、５はＭｇがドープされた膜厚２００ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層、Ｐ１は膜厚２０ｎｍのＴｉ（チタン）層の上に膜厚１０００ｎｍのＡｌ（アルミニウム）層を積層し、熱処理してなるｎ型オーミック電極、Ｐ２は膜厚２０ｎｍのＮｉ（ニッケル）層の上に膜厚２００ｎｍのＡｕ（金）層を積層し、熱処理してなるｐ型オーミック電極、Ｐ３は膜厚３０ｎｍのＴｉ層の上に膜厚１０００ｎｍのＡｕ層を積層し、熱処理してなるｐ側パッド電極である。サファイア基板１とｎ型ＧａＮクラッド層２との間には、ＡｌＧａＮからなるバッファ層（図示せず）が形成されている。
【００１２】
ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面には、ｐ側パッド電極Ｐ３が形成される領域を除いて、該表面のほぼ全域を覆うように、ｐ型オーミック電極Ｐ２が格子状パターンに形成されている。この格子状パターンは、電極膜の中に、一辺１５μｍの正方形状の窓部Ｗが、直交する二方向に、共に間隔３μｍで正方行列状に規則配列されてなるもので、窓部Ｗにはｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面が露出している。窓部を有するパターンにおける電極部分の面積比を、電極部分の面積と窓部の面積の合計に対する、電極部分の面積の比率と定義すると、この格子状パターンにおける電極部分の面積比は、図９に示すように、約３１％と計算される。
図３（ａ）は、図１のＧａＮ系ＬＥＤに含まれるｐ型オーミック電極Ｐ２のみを図示したもので、格子状パターンに形成された部分と、開口部Ｑが設けられた部分と、からなっている。
【００１３】
素子の上面には、一辺１００μｍの正方形状のｐ側パッド電極Ｐ３が、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面とｐ型オーミック電極Ｐ２の両方に接するように形成されている。このｐ側パッド電極Ｐ３は、ｐ型オーミック電極Ｐ２の開口部の内側で、ｐ型ＧａＮコンタクト層５と接しており、また、その外周部は、ｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なっている。
図１（ａ）にて斜線で示した領域は、ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重ねられることにより、これらの電極が接している領域Ｓである。この領域Ｓは、ｐ側パッド電極Ｐ３の輪郭線に沿った帯幅約１０μｍの帯状となっており、かつ、環状をなしている。図１（ａ）にて、環状の領域Ｓの内側の縁を規定している点線は、ｐ側パッド電極Ｐ３の下に隠れているｐ型オーミック電極Ｐ２の輪郭線であり、領域Ｓの内側（＝ｐ型オーミック電極Ｐ２の開口部の内側）では、ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面に接している。この帯状の領域Ｓの面積は約３６００μｍ２であり、ｐ側パッド電極Ｐ３の面積（１００００μｍ２）に対する面積比は約３６％である。
【００１４】
図１のＧａＮ系ＬＥＤにワイヤボンディングを行い通電すると、ｐ型オーミック電極Ｐ２の下方の発光層３で発光が生じ、窓部Ｗを通して、素子上方に出射される。一方、ｐ側パッド電極Ｐ３は、ｐ型ＧａＮコンタクト層５と接する部分がＴｉからなるので、ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面に接している領域の下方では発光が生じない。これは、Ｔｉとｐ型ＧａＮとの接触はショットキー接触となるため、ｐ側パッド電極Ｐ３からｐ型ＧａＮコンタクト層５には直接電流が流れないためである。よって、図１のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極Ｐ３の中央部分の下方では、発光が生じない。一方、帯状の領域Ｓの下方では、ｐ型オーミック電極Ｐ２からｐ型ＧａＮコンタクト層５に電流が流れるので、発光が生じるが、この発光はｐ側パッド電極Ｐ３の縁部の下方で生じるために、従来のＧａＮ系ＬＥＤで生じていた、ｐ側パッド電極の中央部分の下方での発光と比べて、窓部Ｗを通して素子外部に出射され易い。
【００１５】
図２は、本発明者等が、比較のために検討を行ったＧａＮ系ＬＥＤの上面図である。図２のＧａＮ系ＬＥＤが、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤと異なるのは、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に積層された領域と、ｐ側パッド電極がｐ型層に接する領域とが、当該ｐ側パッド電極の輪郭線に沿って交互に並ぶように、ｐ型オーミック電極の形状の一部を変更している点である。図２において、黒く塗り潰して表示した領域が、ｐ側パッド電極Ｐ１３がｐ型オーミック電極Ｐ１２の上に重なった領域である。図３（ｂ）は、図２のＧａＮ系ＬＥＤに含まれるｐ型オーミック電極Ｐ１２のみを図示したものである。図２のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域の面積が、図１のＧａＮ系ＬＥＤの約６分の１となっている。
【００１６】
本発明者等による検討の結果、図２のＧａＮ系ＬＥＤは特性が極めて不安定であることが分かった。具体的には、このＧａＮ系ＬＥＤは順方向電圧のバラツキが大きく、それに伴い、１枚のウェハから得られる素子の平均的な順方向電圧の値も大きくなった。また、それだけでなく、不良品として、素子を上から見たときに、ｐ側パッド電極Ｐ１３の近傍でしか発光しない素子、即ち、電流がｐ側パッド電極Ｐ１３からｐ型オーミック電極Ｐ１２に正常に流れない素子が、多数発生した。これらの問題は、図１のＧａＮ系ＬＥＤでは生じなかったものであり、図１のＧａＮ系ＬＥＤの方が、図２のＧａＮ系ＬＥＤよりも、ｐ型オーミック電極とｐ側パッド電極との電気的な接続状態が良好となることを示唆している。
このように、図１に示すＧａＮ系ＬＥＤと図２に示すＧａＮ系ＬＥＤの対比から、本発明のＧａＮ系ＬＥＤにおいて、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域を、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域とすることが、重要な意義を持つことが理解される。
【００１７】
次に、図１のＧａＮ系ＬＥＤの製造手順を説明する。
サファイア基板上にＧａＮ系半導体層を形成する方法としては、従来公知のＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法などの気相成長法を、適宜用いることができる。
ＭＯＶＰＥ法を用いる場合、まず、サファイア基板１をＭＯＶＰＥ装置の成長炉内に装着し、水素雰囲気下で基板を１１００℃まで昇温することにより、表面のサーマルエッチングを行う。その後、基板温度を３００℃〜６００℃程度の範囲に下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、５族原料としてアンモニアを供給し、ＡｌＧａＮ低温バッファ層を形成する。
【００１８】
ＡｌＧａＮ低温バッファ層を成長した後、基板温度を９００℃〜１１００℃に昇温し、ＴＭＧ、アンモニア、シランを供給することにより、ｎ型ＧａＮクラッド層２を成長させる。ｎ型ＧａＮクラッド層２にドープするＳｉの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１９ｃｍ−３とすることが好ましい。
発光層３を成長する際には、基板温度を６００℃〜８００℃の範囲に下げるとともに、成長炉内の水素ガス濃度が低くなるように、ガスの供給を調節する。これは、発光層３を構成するＩｎＧａＮの分解温度が低いことと、ＩｎＧａＮの分解が水素ガスの存在によって促進されるためである。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、井戸層の成長時と、障壁層の成長時とで、ＴＭＩの供給量を変化させることにより、Ｉｎ組成を変化させることができる。井戸層と障壁層には、適宜、ｎ型不純物および／またはｐ型不純物をドーピングしてもよい。バンド間発光を発生させるためには、井戸層をアンドープとすることが好ましく、井戸層のＩｎ組成を調節することによりＬＥＤの発光波長を変化させることができる。井戸層および障壁層の厚さや、積層する層の数については、公知技術を適宜参照することができる。
【００１９】
発光層３を成長した後は、基板温度を再び９００℃〜１１００℃に昇温して、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４を成長させる。Ｃｐ２Ｍｇの代わりにビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウムを用いることもできる。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４にドープするＭｇの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３とすることが好ましい。
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４を所定の厚さ成長させた後、ＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮコンタクト層５を成長させる。ｐ型ＧａＮコンタクト層５には、ｐ型オーミック電極Ｐ２との接触抵抗を低くするために、Ｍｇを高濃度にドープすることが好ましく、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２１ｃｍ−３とする。
これらの層については、必要に応じて、ドープしたＭｇを活性化させるための処理を行ってもよい。そのような処理としては、例えば、電子線照射処理やアニーリング処理が挙げられる。
【００２０】
ＧａＮ系半導体層の形成が完了したら、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面に、ｐ型オーミック電極Ｐ２を形成する。
ｐ型オーミック電極Ｐ２のパターニングは、通常のフォトリソグラフィ技法を用いて行うことができる。例えば、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面全体を覆うようにフォトレジスト膜を形成した後、所定のフォトマスクを用いて露光し、現像を行うことにより、電極膜を形成すべき部位のみにｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面が露出するように、フォトレジスト膜をパターニングする。その上から電子ビーム蒸着法によって電極膜を形成し、フォトレジスト膜をリフトオフすると、所定の部位に電極膜を残存させることができる。
他の方法として、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面全体に、電極膜とフォトレジスト膜を順に形成し、電極膜を除去しようとする部位のみが露出するようにフォトレジスト膜をパターニングした後、露出した部位の電極膜をエッチング除去し、最後にフォトレジスト膜を除去して、所定の部位にのみ電極膜を残存させる方法も採用可能である。
Ｎｉ膜とＡｕ膜を積層して形成した電極膜は、ｐ型コンタクト層５との接触抵抗を低下させるために、４００℃以上でアニールすることが好ましい。このアニールは、後述するｐ側パッド電極Ｐ３のアニールと同時に行ってもよい。
【００２１】
ｐ側パッド電極Ｐ３は、ｐ型オーミック電極Ｐ２の形成後、ｐ型オーミック電極の開口部Ｑの位置に、外周部がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なり、中央部分がｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面に接するように形成する。ｐ側パッド電極Ｐ３のパターニングも、ｐ型オーミック電極Ｐ２と同様に、フォトリソグラフィ技法を用いたリフトオフの方法により行うことができる。電子ビーム蒸着法によってＴｉ膜とＡｕ膜とを積層して形成した電極膜は、ｐ型ＧａＮコンタクト層５との密着性を向上させるとともに、ｐ型オーミック電極Ｐ２との電気的接触を良好にするために、４００℃以上でアニールすることが好ましい。
【００２２】
ｎ型ＧａＮクラッド層２にｎ型オーミック電極Ｐ１を形成するには、まず、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング法により、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面側から、ｐ型ＧａＮコンタクト層５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４および発光層３の一部を除去し、ｎ型ＧａＮクラッド層２を露出させる。次に、露出したｎ型ＧａＮクラッド層２の表面に、電子ビーム蒸着法によりＴｉ膜とＡｌ膜を積層した電極膜を形成する。この電極膜は、ｎ型ＧａＮクラッド層２との接触抵抗を低下させるために、４００℃以上でアニールすることが好ましい。
【００２３】
電極の形成が完了した後、スクライビングやダイシングなどの手段を用いてウェハを分断し、チップ分離を行う。分断前に、反応性イオンエッチング法などにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面側から、分断線に沿った領域の発光層を除去しておくと、分断時の衝撃が伝播することによって発光層が受ける損傷を緩和することができる。また、この工程で露出する、発光層３の端面を含むＧａＮ系半導体層の端面は、チップ分離前に、酸化ケイ素などからなる絶縁保護膜で保護しておくことが好ましい。露出したｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面や、ボンディングのために露出させておく必要がある部分を除く各電極の表面も、同様に保護することが好ましい。
【００２４】
以上、本発明の実施形態を図１を用いて説明したが、本発明に係るＧａＮ系ＬＥＤの構成は、図１に示す構成に限定されない。
ＧａＮ系半導体層を成長させるための基板としては、ＧａＮ系半導体結晶の成長に適した基板を制限なく用いることができ、サファイア基板（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面）の他に、ＳｉＣ基板（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、ＧａＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、スピネル基板、ＺｎＯ基板、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ３）基板、ＬＧＯ（ＬｉＧａＯ２）基板、ＬＡＯ（ＬａＡｌＯ３）基板、ＺｒＢ２基板、ＴｉＢ２基板などを用いることができる。また、サファイア基板などの表面に、予め下地層としてＧａＮ系半導体結晶層が成長されたテンプレートも使用可能である。
前記例示した基板のうち、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＺｎＯ基板などの導電性基板を用いる場合には、ｎ側の電極を基板の下面に形成することもできる。
基板の結晶成長面には、ＧａＮ系半導体の成長開始前に、ＳｉＯ２などからなるマスクパターンを形成したり、凹凸形状を加工することもできる。
基板の下面には、金属膜や誘電体多層膜からなる反射層を設けてもよい。
本発明に係るＧａＮ系ＬＥＤに含まれる基板は、素子を構成するＧａＮ系半導体層の成長に用いられた基板である必要はなく、別途準備され、該ＧａＮ系半導体層の成長に用いられた基板が除去された後、接合されたものであってもよい。
【００２５】
ｐｎ接合ダイオード構造を構成するｎ型層、発光層、ｐ型層は、ｎ型層に注入される電子と、ｐ型層に注入される正孔が、発光層で再結合して発光が生じるように組合せられていればよく、各層の結晶組成、不純物の種類・濃度、厚さなどに特段の限定はない。例えば、各層は、結晶組成や不純物の種類・濃度などが厚さ方向に均一であっても不均一であってもよく、また、結晶組成や不純物の種類・濃度などが異なる層が積層された多層構造であってもよいし、結晶組成や不純物濃度が傾斜した構造を含んでもよい。発光効率を高くするためには、ダブルヘテロ構造を構成することが好ましく、発光層は量子井戸構造とすることが好ましい。ｎ型層として、ｎ型ＧａＮ系半導体からなる基板を用いることもできる。
図１に示すＧａＮ系ＬＥＤでは、ｎ型ＧａＮクラッド層がコンタクト層を兼用しているが、ｎ型クラッド層とｎ型コンタクト層とは、別個の層として設けてもよい。クラッド層やコンタクト層の他、転位の伝播を制御するための層、不純物の拡散を抑制するための層、光の反射性や透過性を制御するための層、不純物の拡散を抑制するための層、格子不整合やそれに伴う歪を緩和するための層、発光層へのキャリア閉じ込めを強化するための層、Ｉｎを含有する発光層を保護するための層など、各種の機能を有する層は適宜設けてよく、また、ｐｎ接合ダイオード構造を構成するｎ型層、発光層、ｐ型層の全部または一部がこれらの機能層を兼ねるように構成してもよい。
【００２６】
ｐ型オーミック電極は、少なくともｐ型層と接する部分を、ｐ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触する金属材料で形成すればよい。ｐ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触する金属材料は公知であり、例えば、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｉｎ（インジウム）などの単体や、これらの合金が挙げられる。ｐ型オーミック電極は、かかる金属材料のいずれかからなる単層膜としてもよいし、ｐ型層と接する部分がかかる金属材料からなる多層構造としてもよい。多層構造とする場合、電極の導電性や熱伝導性を向上させるために、Ａｇ層、Ｃｕ（銅）層、Ａｕ層、Ａｌ層などを多層構造の一部に含めることが好ましい。
【００２７】
ｐ型オーミック電極は、光が殆ど透過しない厚さに形成することが好ましい。これは、ｐ型オーミック電極を透明な金属薄膜で形成すると、電極膜厚の微妙な変化や、熱処理条件の僅かな違いなどが原因となって電極の光透過率が変動し、ＬＥＤの出力がその影響を敏感に受けるからである。ｐ型オーミック電極の電極部分を光が殆ど透過しない厚さに形成し、発光の大部分が窓部を通して素子外部に出射されるようにすると、この問題を解決できる。金属薄膜は、膜厚が約２０ｎｍ以下ではかなりの透光性を示す一方、膜厚３０ｎｍ以上に形成すると光をよく反射するようになることから、ｐ型オーミック電極の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上であり、より好ましくは６０ｎｍ以上、更に好ましくは１００ｎｍ以上である。
また、高い光透過性を呈する程に膜厚の小さいｐ型オーミック電極を、更に、窓部を有するパターンに形成すると、該電極のシート抵抗が高くなり過ぎて、電流が該電極中を横方向に十分拡散しなくなるために、発光層における発光強度の面内均一性が低くなる。このような問題を避けるには、ｐ型オーミック電極の膜厚を、６０ｎｍ以上とすることが好ましく、１００ｎｍ以上とすることがより好ましい。
ｐ型オーミック電極の膜厚は、大きくし過ぎるとｐ型オーミック電極がｐ型層の表面から剥離し易くなる傾向があるので、該膜厚は、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは５００ｎｍ以下、特に好ましくは３００ｎｍ以下である。
【００２８】
ｐ型オーミック電極を多層構造とする場合、好ましい態様の一例として、ｐ型層の表面に接する部分を透明なＡｕ膜とし、その上にＡｇ、Ａｌ、ＲｈまたはＰｔからなる高反射層を積層する態様が挙げられる。ｐ型層の表面に接する部分をＡｕ膜とするのは、接触抵抗が特に小さくなるためであるが、更に、ｐ型層との密着性をよくするために、ＮｉやＰｄからなる透明薄膜を先に形成し、その上にＡｕ膜を積層してもよい。高反射層は、ｐ型オーミック電極による光吸収が小さくなるように、ＧａＮ系ＬＥＤの典型的な発光波長である緑色〜近紫外波長で高い反射率を有するＡｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔなどを用いて、３０ｎｍ以上の膜厚に形成する。
【００２９】
窓部を有するｐ型オーミック電極のパターンとしては、ネット状、樹枝状、櫛状、放射状、渦巻き状、ミアンダ状などが例示される。これらのパターンは、混在させることもできる。
このうち、ネット状パターンは、電流拡散性が良好となることから最も好ましいパターンである。電極をネット状パターンにする場合の窓部の形状は、三角形、四角形、多角形、円形、楕円形、異形、不定形など、任意の形状としてよく、各窓部の大きさや向き、窓部の配列などは、規則的であってもよいし、不規則的であってもよい。光取出し面（素子の上面）における出射光強度の面内均一性を良くするためには、窓部を規則的に配列することが好ましく、また、各窓部の形状および大きさを揃えることが好ましい。また、窓部の設計や、窓部のパターニング工程に用いるフォトマスクの設計を簡便にする目的のためには、窓部の形状を単純な形状とし、配列は規則的とすることが好ましい。従って、ネット状パターンの場合であれば、方形の窓部が規則的に配列された、格子状パターンが最も好ましい。
いずれのパターンの場合も、電極特性が不安定とならない範囲で、電極部分や窓部を細かく形成することが好ましく、電極部分や窓部が帯状に形成された領域における帯幅や、ドット状に形成された領域における、ドットの縦横のサイズは、１μｍ〜２５μｍとすることが好ましく、２μｍ〜２０μｍとすることがより好ましく、３μｍ〜１５μｍとすることが特に好ましい。
【００３０】
窓部を有するパターンにおける電極部分の面積比は、２０％〜８０％とすることが好ましい。電極部分の面積比が小さいほど、素子の動作時に、電極膜から直下のｐ型層に供給される電流の密度が高くなるが、発光層を形成するＧａＮ系半導体のＩｎ組成が低い、発光波長の短いＧａＮ系ＬＥＤでは、出力の飽和傾向が始まる電流密度が高く、また、電流密度変化に対する発光波長のシフトが小さいので、光が出射され易いように窓部を大きく取り、発光層の一部（ｐ型オーミック電極の電極膜の直下に位置する部分）を高電流密度で動作させることが、発光効率を向上させるうえで有利となる。そのため、発光層にＩｎＧａＮを用いた、発光波長が紫色から近紫外のＬＥＤでは、電極部分の面積比を２０％〜４０％とすることが好ましい。
【００３１】
ｐ側パッド電極は、ｐ側パッド電極からｐ型層に直接電流が流れないようにするために、少なくともｐ型層と接する部分を、ｐ型ＧａＮ系半導体とショットキー接触する金属材料で形成する。そのような金属材料は公知であり、例えば、Ｔｉ、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ、Ｗ（タングステン）等の単体や、これらの合金が挙げられる。ｐ側パッド電極は、かかる金属材料からなる単層膜としてもよいし、ｐ型層と接する部分が上記金属材料からなる多層構造としてもよい。多層構造とする場合、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉなどを上に積層することが好ましい。Ａｕワイヤとのボンディング性を考慮すると、最上層はＡｕとすることが最も好ましい。
Ａｌは可視〜近紫外の波長領域における光反射性が特に良好であることから、ｐ側パッド電極のｐ型層と接する部分をＡｌで形成すると、発光層で生じた光がｐ側パッド電極の下面で反射される際に受ける損失が小さくなり、ＬＥＤの発光効率が改善される。ただし、ｐ型オーミック電極にＡｕ層が含まれる場合には、Ａｌで形成する部分がｐ型オーミック電極に接しないようにすることが望ましい。これは、ＡｌとＡｕとが接触すると、光吸収性の着色物質の生成を伴う合金化反応が生じる場合があるからである。具体的には、例えば、図１０に示すように、ｐ側パッド電極のうち、ｐ型層５と接する下層部分Ｐ３ａの、ｐ型オーミック電極と接しない部分Ｐ３ａ−１をＡｌで形成し、他の部分Ｐ３ａ−２を、ｐ型ＧａＮ系半導体とショットキー接触する、Ａｌ以外の金属材料で形成する。この場合の、Ａｌ以外の金属材料としては、ＡｌやＡｕの合金化反応を防ぐバリアとしての機能の高い、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ等の高融点金属を用いることが好ましい。
【００３２】
ｐ側パッド電極からｐ型層に直接電流が流れないようにする他の方法として、ｐ側パッド電極を形成する前に、ｐ側パッド電極が接することになるｐ型層の表面に、プラズマ処理を施す方法がある。このようなプラズマ処理は、反応性イオンエッチング装置を用いて行うことができる。プラズマ処理は、例えば、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３等、又はこれらにＡｒ、Ｈ２等を添加したガスを用いた、ドライエッチング処理を含む。ドライエッチング処理を施すことにより、ｐ型ＧａＮ系半導体の表面は非オーミック性となる、あるいは、高抵抗化するので、ｐ型層の表面の所定の領域に、予めドライエッチングを施しておくことにより、該領域に形成するｐ側パッド電極からｐ型層に直接電流が流れないようにすることができる（特許文献４）。また、プラズマ処理は、Ａｒ、Ｈ２等のガスを原料としたプラズマへの暴露であってもよい。かかるプラズマへの暴露を、自然酸化膜が除去される程度を超えて行ったｐ型ＧａＮ系半導体の表面には、結晶構造が物理的にダメージを受けることにより高抵抗化した表面層が形成されるので、この現象を利用して、ｐ側パッド電極からｐ型層に直接電流が流れないようにすることができる（特許文献５）。
【００３３】
ｐ側パッド電極の形成をリフトオフ法で行う場合、該リフトオフ法で用いるフォトレジスト膜を、プラズマ処理における保護マスクとして、好ましく利用することができる。リフトオフ法では、図１１に示すように、ｐ型オーミック電極Ｐ２が形成されたｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面を覆ってフォトレジスト膜ＰＲを形成し（図１１（ａ））、次に、フォトレジスト膜ＰＲの所定の箇所に開口部を形成し（図１１（ｂ））、その後、該開口部に露出したｐ型ＧａＮコンタクト層５およびフォトレジスト膜ＰＲの表面に、蒸着等により電極膜を形成し、最終的に、フォトレジスト膜をリフトオフすることによって、ｐ側パッド電極Ｐ３を上記所定の箇所に形成する（図１１（ｃ））。よって、図１１（ｂ）に示す状態のときに、フォトレジスト膜ＰＲを保護マスクとしてプラズマ処理を行えば、ｐ型ＧａＮコンタクト層５の表面の、必要最小限の領域のみを、プラズマに暴露させることができるので、ｐ側パッド電極Ｐ３を形成しない領域までもがプラズマ処理によるダメージを受けることが防止できる。また、マスクプロセスの回数が少なくて済むので（プラズマ処理のみのためのマスクプロセスが不要なので）、製造効率の面でも好ましい。
更に、図１１（ｂ）に示す状態でプラズマ処理を行うと、ｐ側パッド電極が積層されることになる、ｐ型オーミック電極の表面もプラズマ暴露されるので、該表面から自然酸化膜や有機系の異物（例えば、フォトレジストの残渣）が除去され、それによって、ｐ側パッド電極とｐ型オーミック電極との間の接触状態が良好となり、相互間の接触抵抗が低下したり、密着力が向上するといった効果が期待できる。
【００３４】
ｐ側パッド電極が接触するｐ型層の表面をプラズマ処理することによって、ｐ側パッド電極からｐ型層に直接電流が流れないようにする場合は、ｐ側パッド電極を任意の金属材料で形成できる。すなわち、ｐ側パッド電極のｐ型層に接する部分を、ｐ型ＧａＮ系半導体とショットキー接触する金属材料で形成することが、必須でなくなる。従って、ＬＥＤの発光効率を改善するために、ｐ側パッド電極の該部分を、可視〜近紫外の波長領域において高い光反射性を有する、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒ等の白金族元素で形成して、発光層で生じる光がｐ側パッド電極の下面で反射される際に受ける損失を小さくすることが可能となる。白金族元素は化学的に安定であるために、Ａｕとの接触により着色物質の生成を伴う合金化反応を生じることはない。
【００３５】
ｐ側パッド電極の形状は、正方形、長方形、多角形、円形、半円形、異形など、任意の形状としてよい。ｐ側パッド電極は、素子上方からの光取り出しにとって障害となることから、必要最小限の大きさとすることが好ましく、歩留りも含めてワイヤボンディングに必要な面積を考慮すると、ｐ側パッド電極を円形とする場合の好ましい直径は７０μｍ〜１５０μｍであり、他の形状とする場合には、この大きさの円が包含される大きさとすればよい。
ｐ側パッド電極は、膜厚を５０ｎｍ以上とすれば、ワイヤボンディング工程での剥離が生じ難くなる。一方、膜厚を２μｍ以上としても、それによる効果は特になく、材料の使用量が多くなるだけなので、ｐ側パッド電極の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２μｍであり、より好ましくは２００ｎｍ〜１．５μｍであり、特に好ましくは５００ｎｍ〜１μｍである。
ひとつのｐ型オーミック電極に接して、複数個のｐ側パッド電極を形成することも妨げられない。
【００３６】
本発明に係るＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域を、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状の領域とするが、ここでいう、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状とは、該輪郭線に沿った方向が長手方向である帯状であり、該輪郭線の形状に応じて直線的な帯状であってもよいし、曲がった帯状であってもよい。
この帯状の領域を、ｐ側パッド電極の輪郭線の全周に沿った環状とすることにより、ｐ側パッド電極とｐ型オーミック電極との接触状態を安定なものとすることができる。
【００３７】
ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状の領域の幅は、１μｍ〜２５μｍとすることが好ましく、３μｍ〜２０μｍとすることがより好ましく、５μｍ〜１０μｍとすることが特に好ましい。この帯状の領域の幅を１μｍ未満とすると、製造の際に、位置合わせが難しくなり、不良品の数が増える可能性がある。この帯状の領域の幅が２５μｍを超えると、この帯状の領域のうち、ｐ側パッド電極の中央部に近い部分の下方で生じる発光が、窓部から素子外に出射され難くなる傾向がある。
【００３８】
図４〜図７は、それぞれ、本発明の実施形態に係るＧａＮ系ＬＥＤの上面図である。
図４の例では、ｐ型オーミック電極Ｐ２が、細長い窓部を有するネット状パターンに形成された部分と、正方形状の開口部が設けられた部分と、からなっており、正方形状のｐ側パッド電極Ｐ３が、該開口部を覆うように形成されている。ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なった領域Ｓは、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った、帯状かつ環状の領域となっている。
図５の例では、ｐ型オーミック電極Ｐ２が、一種の櫛状パターンに形成された部分と、五角形の開口部が設けられた部分と、からなっている。該開口部を覆うように、五角形状のｐ側パッド電極Ｐ３が形成されており、ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なった領域Ｓは、ｐ側パッド電極Ｐ３の輪郭線に沿った、帯状かつ環状の領域となっている。
図６の例では、ｐ型オーミック電極Ｐ２が、同心円状の線状電極パターンと放射状の線状電極パターンを組み合わせたネット状パターンに形成された部分と、該部分の中央に位置する、円形の開口部が設けられた部分と、からなっている。円形のｐ側パッド電極Ｐ３が、該開口部を覆って形成されており、ｐ側パッド電極Ｐ３がｐ型オーミック電極Ｐ２の上に重なった領域Ｓは、ｐ側パッド電極Ｐ３の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域となっている。なお、この図６の例は、導電性基板を使用した場合を示しており、ｎ型オーミック電極は基板の下面に形成されている。
図７の例では、素子の平面形状が長方形状で、ｐ型オーミック電極Ｐ２は櫛型パターンとされた部分と、その一端に形成された、環状部分とからなる。ｐ側パッド電極Ｐ３は、その外周部が、ｐ型オーミック電極Ｐ２の環状部分と接して形成されており、両電極が重なった帯状の領域Ｓは、ｐ側パッド電極Ｐ３の輪郭線に沿った環状となっている。
【００３９】
光を殆ど透過しない厚さに形成された金属膜は、自由電子の働きによる、高い熱伝導性を有している。そのために、ｐ型オーミック電極をこのような金属膜で形成すると、素子の放熱性の点でも有利となり、素子の長寿命化や、特性の安定化といった効果が期待できる。ｐ型オーミック電極を介しての放熱は、ＧａＮ系半導体層内部で発生した熱が、ｐ型オーミック電極を経由してｐ側パッド電極へと流れ、ｐ側パッド電極から、該ｐ側パッド電極にボンディングされるＡｕワイヤを経由して素子外に流れることにより生じるので、ｐ型オーミック電極とｐ側パッド電極との接触面積を大きくすることが望ましい。
好ましい態様は、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域を、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域とするとともに、ｐ側パッド電極の面積に対する該帯状かつ環状の領域の面積比を、ｐ型オーミック電極が窓部を有するパターンとされた部分における電極部分の面積比よりも大きくする態様である。このようにすることで、発光効率の向上が図られると同時に、放熱性も確保することができる。
更に、ｐ型オーミック電極を、Ａｇ層、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａｌ層から選ばれる少なくともひとつ以上の層を含む、単層または多層構造とすると、放熱性が一層良好となる。Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌは、金属材料の中でも、最も熱伝導性の良好な材料だからである。
【００４０】
エッチングにより露出させたｎ型層の表面にｎ型オーミック電極を形成する場合、ｎ型オーミック電極に接続するＡｕワイヤをボンディングするためのｎ側パッド電極は、ｎ型オーミック電極の上に別途形成してもよいし、または、ｎ型オーミック電極自体を厚膜に形成して、ｎ側パッド電極を兼用させてもよい。ｎ型オーミック電極自体をｎ側パッド電極とする場合は、電極の膜厚を５０ｎｍ〜２μｍとすることが好ましい。
エッチングにより露出させるｎ型層表面およびその上に形成するｎ型オーミック電極の平面形状に限定はなく、種々の形状とすることができ、例えば、特開２０００−１６４９３０号公報などを参照することができる。
ｎ型オーミック電極は、少なくともｎ型層と接する部分を、ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触する材料で形成すればよい。ｎ型ＧａＮ系半導体とオーミック接触する材料は公知であり、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ（ニオブ）などの金属の単体や、これらの合金の他、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛などの酸化物半導体からなる透明導電膜材料が挙げられる。ｎ型オーミック電極は、上記材料のいずれかからなる単層膜としてもよいし、ｎ型層と接する部分が上記材料からなる多層構造としてもよい。
なお、導電性基板を用いる場合には、ｎ型層をエッチングにより露出させ、その表面にｎ型オーミック電極を形成する代わりに、導電性基板の下面にｎ側電極を形成することもでき、その場合には導電性基板の種類に合わせて、該導電性基板との接触抵抗が低くなる電極材料を用いればよい。
【実施例】
【００４１】
［実施例］
実施例として、図１のＧａＮ系ＬＥＤを、前述の手順により作製した。ＬＥＤの発光波長は、井戸層のＩｎ組成を制御することにより、４００ｎｍに設定した。直径２インチのサファイア基板を用いて、１０枚のウェハを作製し、それぞれのウェハから得られたチップ分離後の素子の順方向電圧を、オートプローバを用いて測定した。なお、１枚のウェハから得られる素子の個数は、約１万５千個である。また、各ウェハから２０個の素子をサンプリングし、ステム上にダイボンドした後、ワイヤボンディングを行い、積分球で出力を測定した。
評価の結果、素子の順方向電圧の平均値は、全てのウェハについて、３．２〜３．３Ｖとなり、いずれのウェハにおいても、順方向電圧の平均値からの偏差が０．１Ｖ以上となった素子の数は、全体の１０％未満であった。また、出力の平均値は５ｍＷであった。
【００４２】
［比較例１］
比較例１として、実施例と同じ格子状パターンのｐ型オーミック電極が、ｐ側パッド電極の下にも、他の領域と同様に形成されたことを除いて、実施例と同じ構成を有するＧａＮ系ＬＥＤを、実施例と同様の方法により作製し、実施例と同様の方法で評価した。
評価の結果、素子の順方向電圧については、実施例との間で有意な差が見られなかった。一方、素子の出力の平均値は、実施例よりも約１０％低くなった。
【００４３】
［比較例２］
比較例２として、図２に示すＧａＮ系ＬＥＤを作製した。この比較例２のＧａＮ系ＬＥＤは、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域をｐ側パッド電極の輪郭線に沿った帯状かつ環状の領域としないで、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極に接する領域と、ｐ側パッド電極がｐ型ＧａＮコンタクト層に接する領域とが、ｐ側パッド電極の輪郭線に沿って交互に並ぶようにしたものであり、このような構成となるように、ｐ型オーミック電極のパターンの一部を変更したことを除いて、他の構成は実施例のＧａＮ系ＬＥＤと同じである。ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極の上に重なった領域の面積は、実施例１のＬＥＤの約６分の１である。
実施例と同様の方法で順方向電圧を測定した結果、各ウェハの平均値は３．４Ｖ〜３．６Ｖとなった。これは、順方向電圧のバラツキが大きくなったためで、各ウェハにおいて、順方向電圧の平均値からの偏差が０．１Ｖ以上の素子が大量に発生した。また、実施例では見られなかったことであるが、各ウェハから、順方向電圧の平均値からの偏差が０．３Ｖ以上となる素子も発生した。
【００４４】
なお、比較例１および比較例２のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極を形成する際のリフトオフ工程にて、ｐ側パッド電極の縁部に「欠け」が生じる不良がしばしば発生した。この「欠け」が発生した部分を詳しく観察すると、ｐ側パッド電極がｐ型オーミック電極と接する部分と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と接する部分との境界部で、ｐ側パッド電極の電極膜の破断が生じていた。一方、実施例の素子では、かかる不良の発生は皆無であった。
このようなｐ側パッド電極の電極膜の破断の原因について、詳細は不明であるが、本発明者等は次のように考えている。すなわち、ｐ型ＧａＮ系半導体層と、ｐ型オーミック電極とでは、ｐ側パッド電極との密着力が異なり、また、それぞれの熱膨張率も異なるために、ｐ側パッド電極が、ｐ型オーミック電極に接する部分と、ｐ型ＧａＮコンタクト層に接する部分と、の間の境界部には、機械的応力や熱応力が集中する傾向がある。そのために、該境界部がｐ側パッド電極の縁部に存在すると、リフトオフ工程などにおいて、該境界部でのｐ側パッド電極の破断が生じ易くなる。これに対して、本発明のＧａＮ系ＬＥＤでは、ｐ側パッド電極の縁部が、全周にわたってｐ型オーミック電極の上に重なるようにされているために、このような問題が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す図であり、図（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｘ−ｙ線における断面図である。
【図２】比較例に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す上面図である。
【図３】ｐ型オーミック電極の形態を示す図であり、図３（ａ）は図１のＧａＮ系発光ダイオードに含まれるｐ型オーミック電極の平面図であり、図３（ｂ）は図２のＧａＮ系発光ダイオードに含まれるｐ型オーミック電極の平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図８】従来のＧａＮ系発光ダイオードを示す平面図である。
【図９】窓部を有するパターンにおける電極部分の面積比を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードにおける、ｐ側パッド電極の好適な態様を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るＧａＮ系発光ダイオードにおける、ｐ側パッド電極の好適な形成方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来のＧａＮ系発光ダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  サファイア基板
２  ｎ型ＧａＮクラッド層
３  発光層
４  ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
５  ｐ型ＧａＮコンタクト層
Ｐ１  ｎ型オーミック電極
Ｐ２  ｐ型オーミック電極
Ｐ３  ｐ側パッド電極
【図１】
2006237574.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006237574.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006237574.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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